Uszkodzenia spowodowane zmęczeniem materiału

Jeśli łożysko toczne „zawodzi” po pewnym czasie pomimo prawidłowego doboru łożyska, smarowania i obsługi, bardzo prawdopodobne jest, że jest to uszkodzenie zmęczeniowe. Uszkodzenie zmęczeniowe występuje, gdy osiągnięta zostanie graniczna wytrzymałość zmęczeniowa łożyska tocznego. Nawet przy większych obciążeniach po pewnym czasie możliwe jest wystąpienie klasycznego uszkodzenia zmęczeniowego. Niemniej jednak takie „naturalne” uszkodzenia zmęczeniowe występują stosunkowo rzadko. Doświadczenie pokazuje, że znacznie częściej występują uszkodzenia łożysk spowodowane niewystarczającym smarowaniem lub nieprawidłowym montażem.

Prawdopodobnie główną cechą uszkodzeń zmęczeniowych jest zmęczenie kontaktowe, które jest spowodowane powtarzającym się naprężeniem między elementami tocznymi a bieżniami łożyska. Zmęczenie kontaktowe toczne charakteryzuje się zmianami strukturalnymi, które można zaobserwować w przekroju poprzecznym. Ponadto zmęczenie kontaktowe prowadzi do pękania pod powierzchnią i odpryskiwania materiału na powierzchni (zwanego również łuszczeniem). Łuszczący się materiał łożyska tocznego jest kolejnym objawem uszkodzenia zmęczeniowego. Istnieją dwa rodzaje uszkodzeń zmęczeniowych: zmęczenie inicjowane pod powierzchnią i zmęczenie inicjowane na powierzchni.

W odniesieniu do zmęczenia pod powierzchnią należy wspomnieć o hipotezie naprężeń ścinających Lundberga i Palmgrena, która wyjaśnia jego występowanie. W zależności od materiału, przyłożonego obciążenia, temperatury, czystości materiału i mikrostruktury powstają zmiany strukturalne i mikropęknięcia. Pęknięcia te rozprzestrzeniają się następnie do tego stopnia, że osiągają powierzchnię i powodują odpryskiwanie materiału na powierzchni. Powstałe odpryski materiału przebiegają zazwyczaj równolegle do powierzchni.

Jednym z rodzajów zmęczenia powierzchniowego jest mikropitting, który można również uznać za wstępny etap odpryskiwania i pękania. Zazwyczaj pitting pojawia się jako matowy szary kolor na dotkniętych nim elementach łożyska tocznego. Charakteryzuje się płytkimi, drobnymi wgłębieniami i występuje, gdy łożysko toczne jest poddawane stosunkowo niewielkiemu obciążeniu, a elementy ślizgają się względem siebie, zamiast toczyć się. 

Mikropitting ma nie tylko negatywny wpływ na żywotność łożyska, ale także na generowanie hałasu. Dodatkowo mikropitting prowadzi do utraty materiału, pogorszenia profilowania i ostatecznie do nadmiernego ciśnienia w pobliżu powierzchni. Co więcej, mikropitting poprzedza proces łuszczenia. Można zatem stwierdzić, że najpierw występuje mikropitting, który później przekształca się w łuszczenie, a ostatecznie w pęknięcia.

Uszkodzenia łożysk tocznych można wykryć na wczesnym etapie poprzez określenie i pomiar częstotliwości drgań podczas pracy łożyska. Odbywa się to za pomocą analizy drgań, którą najlepiej połączyć z monitorowaniem temperatury. Wczesne wykrycie uszkodzeń łożysk oznacza, że można zaplanować przestój maszyny i czas naprawy. Producenci łożysk tocznych, tacy jak NTN, oferują odpowiedni sprzęt i doradztwo w zakresie analizy drgań w ramach świadczonych usług.